低温处理对缬草种子萌发与生理活性的影响

张影，张跃华，缪天琳，王长宝

(1.佳木斯大学理学院，黑龙江佳木斯154007；2.佳木斯大学 生命科学学院，黑龙江佳木斯154007)

缬草(ValerianaofficinalisL.)是败酱科的一种草本植物，其以根状茎和根入药，有镇静及解痛作用，可用于治疗失眠、癫痫、腰腿痛等，也是医药及香料工业的重要原料[1]。近年来，缬草在市场上用量日益增大，而国内目前以采集野生药材为主，缬草药材供不应求，人工栽培已成为必然趋势。缬草种子属浅度休眠种子,在自然条件下发芽率仅为20%～30%[2-3]。温度是植物种子萌发和出苗的基本条件之一，但温度过高或过低的都会影响种子的活力，导致发芽和出苗不良的结果[4]，而发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数则是直接衡量种子发芽好坏的重要指标[5]。已有前期研究表明，缬草种子在经过低温处理后能有效打破种子的休眠状态，从而提高种子的发芽率，但对缬草种子低温处理的具体方法未见详细报道。本研究通过改变不同温度及处理时间，设置对照实验，统计缬草种子的发芽率和发芽势并对酶活性变化进行分析，为促进缬草种子萌发和规模化栽培提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

缬草种子(由甘肃省酒泉金秋园艺种苗有限公司惠赠)；麦芽糖、3,5-二硝基水杨酸、柠檬酸、柠檬酸钠、淀粉愈创木酚、石英砂、NaOH、KNaCHO·4HO、H2O2、KMnO4、

Na2HPO4·7H2O、KH2PO4。

1.2 试验设计

将3批缬草种子于0℃，5℃，10℃温度下分别低温处理10d、20d和30d，每批种子300粒，然后转移至25℃室温下进行种子发芽试验。25℃为常温对照，每次处理播种100粒。播种前置于0.2% K2MnO4溶液中消毒，浸泡时间为15min。将消毒后的种子取出，用清水冲洗2～3遍，再置培养皿中培养，播种后第2天开始记录种子的萌发情况。待培养10d后，进行过氧化物酶和淀粉酶活性测定。

1.3 生长指标的测定及数据分析

发芽势=发芽高峰期发芽的种子数/供试种子数×100%

(1)

发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%

(2)

试验数据采用 Excel 2010 软件和SPSS 20.0统计软件进行相关指标的差异性比较和分析，数值均为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 低温处理对缬草种子萌发特性的影响

如表1所示，缬草种子在 0℃、5℃、10℃和常温条件下发芽进程和发芽率差异显著。5℃ 30d条件下缬草种子萌发速率最快，发芽率最终达39.7%；0℃ 10d发芽率仅达13.3%，而对照缬草种子的发芽率为20.7%，说明过低温度处理缬草种子不利于种子发芽。因此，打破缬草种子热休眠的最适条件为5℃。

表1 低温处理对缬草种子萌发的影响

注：采用Duncan方法分析，同一列不同字母表示显著性差异(p<0.05)

2.2 过氧化物酶(POD)

如图1所示，POD的活性有明显的升降变化，与对照相比，仅0℃ 10d和0℃ 20d处理的缬草种子中过氧化物酶活性较低，其余组酶活性均提高。在相同温度处理下，种子中过氧化物酶的活性随着处理时间的增加呈上升趋势，即10d < 20d < 30d。在5℃ 30d处理条件下缬草种子的POD值最高。

图1 不同低温处理时间种子中过氧化物酶活性的影响

2.3 淀粉总酶(Amylase)

图2 不同低温处理时间种子中淀粉总酶活性的影响

由图2可知，在不同温度和时间处理的条件下，缬草种子淀粉酶活性存在明显差异。与对照组相比，0℃ 10d和0℃ 20d淀粉酶活性较低。在等温条件下，随着处理天数的延长，淀粉酶活力显著增强，即10d < 20d < 30d，且5℃ 30d处理的缬草种子中淀粉总酶活性最高。

3 讨论与结论

已有研究表明，低温处理能有效打破种子休眠，进而促进种子萌发。在本试验中，对缬草种子进行0℃、5℃和10℃条件下的低温处理，然后将其放置在室温下培养，0℃和10℃低温处理条件下的种子发芽率都明显低于5℃种子的发芽率，说明过低或过高温度都会对种子热休眠的破除有抑制作用。不同低温处理时间的种子发芽率和发芽势存在明显差异，说明破除缬草种子的热休眠状态与在一定低温条件下冷量的供给有关，在供给一定的冷量条件下，才能有效破除缬草种子的热休眠状态。在低温5℃ 30d处理的缬草种子的发芽率、发芽势和发芽指数都达到峰值，同时测定种子中的过氧化物酶和淀粉酶的活性影响最大。

过氧化物酶是一种普遍存在于植物体内较高活性的酶，与植物的光合作用、呼吸作用及生长素的氧化作用等有着密切的关系，还与植物的抗逆性相关，是植物体内重要的保护酶[6]，在植物的生长过程中随着外界环境的变化，活性也不断发生变化，其数值的大小则反映了植物在某种生长环境条件下某一阶段体内代谢的变化。本研究中5℃ 30d处理的缬草种子过氧化物酶活性最高，说明此条件下的缬草种子酶活性和体内代谢较旺盛。与对照组相比，仅0℃ 10d和0℃ 20d处理的缬草种子中过氧化物酶活性较低，说明过低温度处理对种子中过氧化物酶活性有抑制作用。在相同温度处理条件下，种子中过氧化物酶的活性随着处理时间的增加呈上升趋势，表明在这一生长条件下体内代谢逐渐加强。故在适宜低温处理条件下，能有效提高缬草种子体内代谢及过氧化物酶活性。

淀粉是种子的主要组成成分，种子萌发是一个淀粉分解的过程，在水浸泡一段时间后种子开始发芽，机理是水通过促进种子吸水膨胀，促进种子体内各种酶活性的增强，同时也降解了种子体内的储存物质，从而促进种子的萌发[7]。淀粉酶是普遍存在于植物体内的一种酶，淀粉酶活力或高或低可以用来评估种子的萌发速率[8]。淀粉酶在低温条件下虽然可保持活性，但一般活性较低，随着温度的不断升高活性也逐渐增强[9]，这与本试验研究结果一致，但试验结果5℃ 30d处理的缬草种子测定淀粉酶活性达到峰值。故在一定低温处理条件下，能有效提高缬草种子萌发及淀粉酶活性。

综上所述，5℃ 30d处理条件下的缬草种子的发芽指标、过氧化物酶活性和淀粉酶活性较高，该条件下能有效打破缬草种子的休眠，有利于缬草种子进行播前技术处理和发芽。本研究为促进北方寒冷地区缬草种子萌发和规模化栽培提供了科学依据。